CN102738350B - 半导体发光器件和头部安装显示设备 - Google Patents

半导体发光器件和头部安装显示设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及半导体发光器件和头部安装显示设备。半导体发光器件包括薄膜半导体发光元件、衬底、具有薄膜半导体发光元件被接合到的表面的第一绝缘层、由铝组成且被设置在面对衬底的第一绝缘层的一侧上的第一金属层以及设置在第一绝缘层与第一金属层之间的第二绝缘层。

Description

半导体发光器件和头部安装显示设备
技术领域
本发明涉及包括薄膜发光元件的半导体发光器件和包括该半导体发光器件的头部安装显示设备。
背景技术
已知一种半导体发光器件，其包括从两侧发射光的单晶薄膜半导体发光元件（例如薄膜LED）。在单晶半导体发光元件的背面（即衬底侧）上提供了金属层。该金属层反射从单晶半导体发光元件的背面发射的光。用此类配置，从单晶半导体发光元件的表面侧（即顶侧）发射的光和从单晶半导体发光元件的背面发射并被金属层反射的光两者都是从半导体发光器件的表面侧发射的。
因此，半导体发光器件能够以高强度发射光。
金属层由反射具有覆盖红光、绿光和蓝光（即三原色）的波长的光且具有90%或更多的反射率的Al（铝）组成。相比之下，Au对于具有较长波长的光（例如红光）而言具有95%或更多的反射率，但是对于具有较短波长的光（特别地，其波长比诸如绿光和蓝光的550nm短的光）而言具有50%或更少。
日本特许公开专利公布No. 2004-179641公开了一种称为“Epi Film Bonding（外延膜接合）”的半导体发光器件的制造方法。在这种方法中，多个单晶半导体发光元件压紧在衬底上提供的绝缘层，使得单晶半导体发光元件被利用氢键接合直接地接合到绝缘层。
这种方法在降低半导体发光器件的成本并减小其尺寸方面是有利的。
为了应用这种方法，必须在用于接合单晶半导体发光元件的金属（Al）层上形成诸如有机绝缘层的绝缘层。
然而，Al层是通过气相沉积、溅射等形成的。当Al层在制造过程期间经受热时，可能由于热膨胀系数的不同而在铝层的表面上形成小丘（hillock）（突出体）。
如果在金属（Al）层的表面上形成此类小丘，则在金属层上形成的绝缘层可能具有例如几十纳米或更多的粗糙度。在这种情况下，单晶半导体发光元件不能被接合到绝缘层。
发明内容
本发明的方面意图提供一种包括被接合到绝缘层的薄膜半导体发光元件的半导体发光器件以及包括该半导体发光器件的头部安装显示器。
根据本发明的一方面，提供了一种半导体发光器件，其包括薄膜半导体发光元件、衬底、具有薄膜半导体发光元件被接合到的表面的第一绝缘层、由铝组成且被沉积在面对衬底的第一绝缘层的一侧上的第一金属层以及设置在第一绝缘层与第一金属层之间的第二绝缘层。
用此类配置，即使当在第一金属层上形成小丘时，也能够将薄膜半导体发光元件接合到第一绝缘层。
根据本发明的另一方面，提供了一种包括上述半导体发光器件的头部安装显示设备。
根据下面给出的详细描述，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应理解的是详细描述和特定实施例虽然指示本发明的优选实施例，但仅仅是以图示的方式给出的，因为根据此详细描述，在本发明的精神和范围内的各种变更和修改将变得对于本领域的技术人员来说显而易见。
附图说明
在所述附图中：
图1是示出了根据本发明的第一实施例的具有半导体发光器件的发光器件的平面图；
图2A和2B是分别沿着图1的线2A-2A和线2B-2B截取的发光器件的剖视图；
图3是示出其中在上面形成有小丘的金属层上形成第一和第二绝缘层的半导体发光器件的示意图；
图4A是示出了根据本发明的第一实施例的用于形成LED外延膜的半导体外延晶片的示意性剖视图；
图4B是示出了根据本发明的第一实施例的用于将LED外延膜从外延生长衬底分离的蚀刻过程的示意性剖视图；
图4C是示出了根据本发明的第一实施例的被从外延生长衬底分离的LED外延膜的示意性剖视图；
图5A和5B是分别示出了根据本发明的第一实施例的蓝色薄膜LED和红色薄膜LED的示意性剖视图；
图6是示出根据本发明的第二实施例的半导体发光器件的剖视图；
图7是示出根据本发明的第三实施例的半导体发光器件的剖视图；
图8是示出根据本发明的第一、第二或第三实施例的半导体发光器件被安装到的头部安装显示器的示意图。
具体实施方式
下面将参考附图来描述本发明的实施例。
第一实施例
<发光器件>
图1是示出根据本发明的第一实施例的作为半导体发光器件的发光器件1的平面图。
图1所示的发光器件1包括红色、绿色和蓝色的半导体发光部分10。发光器件1被配置为使得半导体发光部分10在控制器（未示出）的控制下发射光。
发光器件1包括衬底21。
发光器件1还包括在衬底21上提供的多个半导体发光部分10、阴极驱动电路4和阳极驱动电路5。每个半导体发光部分10具有作为薄膜半导体发光元件的薄膜LED（发光二极管）3。阴极驱动电路4被经由稍后描述的导线41和阴极连接焊盘42被连接到薄膜LED 3的阴极电极。阳极驱动电路5经由稍后描述的公共阳极布线51和阳极连接焊盘52被连接到薄膜LED 3的阳极电极。用此类连接，形成了电流路径。阳极布线51由薄膜金属组成。
在本实施例中，具有相同色彩的薄膜LED 3的半导体发光部分10被布置在衬底21上的同一直线（即行）上。每个半导体发光部分10具有红色薄膜LED 3r、蓝色薄膜LED 3b和绿色薄膜晶体管LED 3g中的一个。红色薄膜LED 3r发射具有对应于红色色彩的波长的光，蓝色薄膜LED 3b发射具有对应于蓝色色彩的波长的光，并且绿色薄膜LED 3g发射具有对应于绿色色彩的波长的光。
在图1所示的示例中，红色薄膜LED 3r（3r_1、3r_2...）被沿着第一行直线地布置。蓝色薄膜LED 3b（3b_1、3b_2...）被沿着第二行直线地布置。绿色薄膜LED 3g（3g_1、3g_2...）被沿着第三行直线地布置。薄膜LED 3的行相互平行。此外，各行的相应薄膜LED 3被沿着线（列）直线地布置。例如，红色薄膜LED 3r_1、蓝色薄膜LED 3b_1以及绿色薄膜LED 3g_1被沿着第一列直线地布置。
阴极电极40（40r、40b和40g）被提供为用于各组（行）的薄膜LED 3r、3b和3g。更具体地，阴极电极40r被提供为公共地用于红色薄膜LED 3r（3r_1、3r_2...）。阴极电极40b被提供为公共地用于蓝色薄膜LED 3b（3b_1、3b_2...）。阴极电极40g被提供为公共地用于绿色薄膜LED 3g（3g_1、3g_2...）。
用此类布置，与其中为各薄膜LED 3提供阴极电极40的情况相比能够减少布线的数目，并因此能够节省空间。
沿着相同列布置的三个色彩的薄膜LED 3被连接到阳极电极32处的公共阳极布线51（51_1、52_2...）。更具体地，红色薄膜LED 3r_1的阳极电极32r_1、蓝色薄膜LED 3b_1的阳极电极32b_1以及绿色薄膜LED 3g_1的阳极电极32g_1被连接到阳极布线51_1。
同样地，红色薄膜LED 3r_2的阳极电极32r_2、蓝色薄膜LED 3b_2的阳极电极32b_2以及绿色薄膜LED 3g_2的阳极电极32g_2被连接到阳极布线51_2。
<阴极驱动电路>
阴极电极4在控制器的控制下在阴极连接焊盘42（42r、42b、42g）与电流源（未示出）的负端子之间进行电连接和断开连接。在其中如稍后所述地阳极驱动电路5被接通的状态下，当阴极驱动电路4被接通时，阴极连接焊盘42和阳极连接焊盘52被电连接，并且电流经由阴极连接焊盘42流过薄膜LED 3。
阴极驱动电路4包括红色阴极驱动电路4r、蓝色阴极驱动电路4b和绿色阴极驱动电路4g。
红色阴极驱动电路4r经由红色阴极连接焊盘42r和导线41r被连接到红色薄膜LED 3r的阴极电极40r。用此连接，电流从红色阴极驱动电路4r流到红色薄膜LED 3r的阴极电极40r。同样地，蓝色阴极驱动电路4b经由蓝色阴极连接焊盘42b和导线41b被连接到蓝色薄膜LED 3b的阴极电极40b。绿色阴极驱动电路4g经由绿色阴极连接焊盘42g和导线41g被连接到薄膜LED 3g的阴极电极40g。
<阳极驱动电路>
阳极驱动电路5在控制器的控制下在阳极连接焊盘52与电流源（未示出）的正端子之间进行电连接和断开连接。在其中阴极驱动电路4被接通的状态下，当阳极驱动电路5被接通时，阴极连接焊盘42和阳极连接焊盘52被电连接，并且电流流过薄膜LED 3。
阳极驱动电路5包括阳极布线51（51_1、51_2...），其中的每一个被连接到直线地布置的三个色彩的薄膜LED 3的阳极电极32，并且阳极连接焊盘52（52_1、52_2...）被连接到各阳极布线51。
每个阳极布线51被连接到被直线地布置的红色薄膜LED 3r、蓝色薄膜LED 3b和绿色薄膜LED 3g的阳极电极32r、32b和32g。例如，阳极布线51_1被连接到红色薄膜LED 3r_1的阳极电极32r_1、蓝色薄膜LED 3b_1的阳极电极32b_1、绿色薄膜LED 3g_1的阳极电极32g_1和阳极连接焊盘52_1。
用此类配置，例如，当蓝色阴极驱动电路4b和阳极驱动电路5被控制器控制，使得蓝色阴极连接焊盘42b和阳极连接焊盘52_1被在控制器（未示出）的控制下被连接到电流源时，电流经由阳极连接焊盘52_1和阳极布线51_1流入蓝色薄膜LED 3b_1的阳极电极32b_1。此外，电流经由布线41b和蓝色阴极连接焊盘42b从阴极电极40b_1流至蓝色阴极驱动电路4b。因此，蓝色薄膜LED 3b_1发射光。
在这种状态下，当红色阴极驱动电路4r和绿色阴极驱动电路4g被控制器控制，使得红色阴极接线焊盘42r和阳极连接焊盘52_1被连接到电流源且绿色阴极连接焊盘42g和阳极连接焊盘52_1被连接到电流源时，红色薄膜LED 3r_1和绿色薄膜LED 39_1发射光。
<半导体发光部分>
图2A是沿着图1中的线2A-2A截取的根据第一实施例的发光器件的剖视图。图2B是沿着图1中的线2B-2B截取的根据第一实施例的发光器件的剖视图。
如图2A和2B所示，发光器件1的半导体发光部分10包括层间绝缘层24、发光层31、阳极电极32、半导体薄膜33、导电层M、金属层11、第二绝缘层12和第一绝缘层13。在这方面，发光层31、阳极电极32和半导体薄膜33组成薄膜LED 3。半导体发光部分10是在覆盖在衬底21上提供的集成电路区域22的基底绝缘层23上提供的。衬底21由Si（硅）等组成。集成电路区域22包括在衬底21上提供的IC（即集成电路）。
基底绝缘层23是防止金属层11与集成电路区域22之间的电短路的钝化层。基底绝缘层23部分地或完全覆盖除其中阳极连接焊盘52被连接到阳极布线51的至少一个部分之外的集成电路区域22。基底绝缘层23例如是用P-CVD（等离子体化学气相沉积）法形成的SiN（氮化硅）膜。
金属层11在背对衬底21的基底绝缘层23的表面上形成。金属层11反射从面对衬底21的薄膜LED 3的表面（即图2A中的下表面）发射的光。第二绝缘层12形成在背对衬底21的金属层11的表面（即图2A中的上表面）上。第一绝缘层13形成在该第二绝缘层12上。薄膜LED 3被接合到该第一绝缘层13。此外，阴极电极40（即n侧电极）是在半导体薄膜33上提供的。层间绝缘层24被形成为完全覆盖薄膜LED 3的一部分（除阳极电极32和阴极电极40之外）、绝缘层12和13及金属层11。
用此类配置，光30（301）被从背对衬底21的薄膜LED 3的表面（即图2A中的上表面）发射。此外，光30（302）被从面对衬底21的薄膜LED 3的表面（即图2A中的下表面）发射，被金属层11反射，并通过背对衬底21的薄膜LED 3的表面被发射。因此，有效地取出了由薄膜LED 3发射的光。
<层间绝缘层>
层间绝缘层24被提供为用于防止阳极布线51与金属层11之间的电短路。此外，层间绝缘层24透射光。例如，层间绝缘层24由SiN（氮化硅）膜形成，其为与基底绝缘层23相同的材料。
<金属层>
金属层11是反射由薄膜LED 3发射的光302的反射层。金属层11包括由Al（铝）组成的第一金属层11a和如图3所示的由Ti（钛）组成的第二金属层11b。金属层11是通过气相沉积或溅射形成的，并且具有小于1 μm的厚度。
图3是以放大尺度示出基底绝缘层23、金属层11和绝缘层12和13的示意图。
第二金属层11b（Ti）是用于防止第一金属层的Al的扩散的扩散防止层。由于Al的熔点是660℃，所以Al的扩散可能是由发光器件1的制造期间的热所引起的。因此，在第一金属层11a（Al）下面提供由具有高于Al的熔点（1660℃）的Ti组成的第二金属层11b，从而防止第一金属层的Al的扩散。
第一金属层11a（Al）是反射由面对衬底21的薄膜LED 3的表面发射的光的反射层。第二金属层11b（Ti）被设置在第一金属层11a（Al）的衬底21侧（即图3中的下侧）上。换言之，第一金属层11a（Al）被设置在背对衬底21的第二金属层11b（Ti）的一侧（即图3中的上侧）上。
当第一金属层（Al）在沉积或溅射期间经受热时，Al晶体可能异常地生长，结果是在第一金属层（Al）的表面上可能形成突出体。此类突出体称为小丘H。如果形成的大量的小丘H，则第一金属层（Al）的表面可能具有表面粗糙度，使得薄膜LED 3（半导体薄膜33）不能被直接地接合到第一金属层11的表面。小丘是由于金属层的材料的热膨胀系数的不同而产生的。在20℃的室温下，Al的线性膨胀系数是23.1×106（1/K），Au的线性膨胀系数是14.2×106（1/K），并且Ti的线性膨胀系数是8.6×106（1/K）。
因此，在第一实施例中，薄膜LED 3（即LED外延膜300）被提供在第一绝缘层13上。该第一绝缘层13被提供在第二绝缘层12上。该第二绝缘层12被提供在金属层11上。此配置是通过在金属层11上形成绝缘层（即第二绝缘层12和第一绝缘层13）并借助于氢键接合（即称为“Epi Film Bonding（外延膜接合）”的方法）将LED外延膜300（即薄膜LED 3）直接接合到第一绝缘层13而获得的。稍后将进行详细描述。
<绝缘层>
绝缘层（即第二绝缘层12和第一绝缘层13）是在背对衬底21的金属层11的表面（即图3中的上表面）上形成的，从而覆盖在金属层11上形成的小丘H。绝缘层被形成为减小第一绝缘层13的表面粗糙度，即使得第一绝缘层13平面化。第二绝缘层12和第一绝缘层13被配置为透射光。此外，第二绝缘层12和第一绝缘层13防止金属层11与导电层M之间的电短路。在这方面，图3是概念图，因此照原样以放大尺度图示了小丘H。
第二绝缘层12由无机绝缘膜组成。例如，第二绝缘层12优选地由SiN形成。第二绝缘层12被使用P-CVD（等离子体化学气相沉积）法在背对衬底21的金属层11的表面（即图3中的上表面）上形成至恒定厚度。优选地，第二绝缘层12的最大厚度是约110nm。由于第二绝缘层12是用P-CVD法形成的，所以具有恒定厚度的第二绝缘层12被形成为从而以无缝（连续）方式覆盖小丘H的表面。换言之，获得台阶式覆盖效果。
第一绝缘层13由有机绝缘膜组成。例如，第一绝缘层13优选地由聚酰亚胺树脂、氟基树脂等形成。第一绝缘层13是用旋涂法形成的。由于第一绝缘层13是由被旋涂到第二绝缘层12上的树脂形成的，所以第一绝缘层13的表面被平面化。能够使第一绝缘层13比第二绝缘层12更厚。优选地，第一绝缘层13的最大厚度为约1.5μm。
在金属层11上形成的绝缘层（即第一绝缘层13和第二绝缘层12）的总厚度优选地在1.5μm至1.7μm范围内（且最优选地1.6μm）。用此范围，绝缘层12和13能够覆盖金属层11的表面上的小丘H，并且第一绝缘层13的表面S的表面粗糙度能够小于或等于20nm，即使当小丘H具有约100nm的厚度时，即，即使当第二绝缘层12的表面粗糙度为约100nm时。由于第一绝缘层13的表面粗糙度小于或等于几十nm，则能够使用如稍后所述的所谓“Epi Film Bonding（外延膜接合）”的方法来将薄膜LED 3的N型区（即半导体薄膜33）接合到第一绝缘层13。
在这里，将对绝缘层12和13的材料进行描述。首先，与第一实施例相反，假设第二绝缘层12由有机绝缘膜形成且第一绝缘层13由无机绝缘膜形成。在这种情况下，可能发生有机绝缘膜的台阶（不均匀）或不连续，并且在有机绝缘膜与金属层11的表面上的小丘之间可能形成空隙（空的空间）。此类空隙使得难以消除由小丘H引起的台阶。此外，如果使用P-CVD法来形成无机绝缘膜的第一绝缘层13，则存在金属层11上的小丘H可能根据加热温度而增长的可能性。因此，由于使得第一绝缘层13更厚（以便覆盖金属层11上的小丘H），所以金属层11上的小丘H能够增长得更大。为了覆盖小丘H，必须进一步增加第一绝缘层13的厚度。
相反，根据第一实施例，第二绝缘层12由无机绝缘膜形成且第一绝缘层13由无机膜形成。可以使用P-CVD法来形成第二绝缘层12（即无机绝缘膜）。可以在小丘H被第二绝缘层12覆盖之后，在第二绝缘层12上形成第一绝缘层13（即有机绝缘膜）。因此，能够将绝缘层12和13形成为在不形成空隙的情况下从而覆盖金属层11。
<LED外延膜>
LED外延膜300是片状半导体薄膜。如图1所述，在相同LED外延膜300上形成了相同色彩的多个薄膜LED 3。薄膜LED 3被以恒定的间隔成一直线（行）地布置在每个LED外延膜300上。
更具体地，在衬底21上提供具有红色薄膜LED 3r（3r_1、3r_2...）的红色LED外延膜300r、具有蓝色薄膜LED 3b（3b_1、3b_2...）的蓝色LED外延膜300b和具有绿色薄膜LED 3g（3g_1、3g_2...）的绿色LED外延膜300。
<LED外延膜的制造方法>
在这里，将描述LED外延膜300的制造方法。
图4A、4B和4C是用于举例说明LED外延膜300的制造过程的示意性剖视图。
图4A是示出用于形成LED外延膜300的半导体外延晶片EPW的示意性剖视图。图4B是示出用于将LED外延膜300从外延生长衬底7分离的蚀刻过程的示意性剖视图。图4C是示出被从外延生长衬底7分离的LED外延膜300的示意性剖视图。
在图4A中，外延生长衬底7被提供为用于在其上面生长外延半导体层。在外延生长衬底7上依次形成缓冲层81、分离层82和LED外延膜300。分离层82（即牺牲层）被提供为用于将LED外延膜300从外延生长衬底7分离。LED外延膜300包括半导体薄膜33、发光层31和阳极电极32。半导体薄膜33接触分离层82。
蚀刻溶液等实现的分离层82的蚀刻速度比LED外延膜300和外延生长衬底7的蚀刻速度更快。由蚀刻溶液等实现的LED外延膜300的半导体薄膜33、发光层31和阳极电极32的蚀刻速度比分离层82的蚀刻速度更慢。也就是说，在分离层82的蚀刻过程期间不蚀刻半导体薄膜33、发光层31和阳极电极32。
在LED外延膜300的制造过程中，使用如图4B所示的蚀刻速度的差来选择性地蚀刻半导体外延晶片EPW的分离层82。然后，如图4C所示地将分离层82上的LED外延膜300从外延生长衬底7分离。
在分离过程中，例如由先前已在LED外延膜300上形成的支撑体9来支撑LED外延膜300。
<薄膜LED>
薄膜LED 3是在LED外延膜300上形成的单晶半导体发光元件。如图2A和2B所示，在第一绝缘层13上形成导电层M，并且在导电层M上形成薄膜LED 3。在红色LED外延膜300r上形成红色薄膜LED 3r，在蓝色LED外延膜300b上形成蓝色薄膜LED 3b，并且在绿色LED外延膜300g上形成绿色薄膜LED 3g。
<导电层>
导电层M具有作为用于将LED外延膜300（更具体地，半导体薄膜33）与第一绝缘层13接合的粘合剂的功能。导电层M由金属组成，并且是足够薄的，使得导电层M透射光。例如，导电层M由金属（Au）等组成。
在这方面，当第一绝缘层13的表面S小于或等于5nm时，能够在不使用导电层M或其它粘合剂的情况下使用氢键接合将半导体薄膜33直接接合到第一绝缘层13。在这种情况下，能够消除图2A和2B所示的导电层M。
<薄膜LED的配置>
将描述薄膜LED 3的配置。在这方面，将首先描述蓝色薄膜LED 3b和绿色薄膜LED 3g的配置，并且然后将描述红色薄膜LED 3r的配置。
<蓝色和绿色薄膜LED的配置>
在这里将描述蓝色薄膜LED 3b的配置。绿色薄膜LED 3g的配置与蓝色薄膜LED 3b的类似，并且因此将省略绿色薄膜LED 3g的配置的描述。
图5A是示出蓝色薄膜LED 3b的示意性剖视图。如图5A所示，蓝色薄膜LED 3b具有层压结构，并包括半导体薄膜33b、发光层31b和阳极电极32b。半导体薄膜33b由GaN（氮化镓）所组成的层形成。发光层31b由两个层形成，即由GaN组成的N型半导体层和在N型半导体层上形成的由InGaN（铟镓氮）组成的有源层。阳极电极32b是GaN的P+接触层。
蓝色薄膜LED 3b被配置为使得在最下薄膜33b上形成N型半导体层（GaN），并且在N型半导体层（GaN）上形成有源层（InGaN），并且在有源层（InGaN）上形成作为阳极电极32b的P+接触层（GaAs）。蓝色薄膜LED 3b形成在导电层M上。该导电层M形成在第一绝缘层13上。
在第一实施例的发光器件1的每个LED外延膜300中，薄膜LED 3具有公共半导体薄膜33。在已在第一绝缘层13上形成LED外延膜300之后，如图1所示在半导体薄膜33上形成阴极电极40（即n侧电极）。阴极电极40是在远离发光层31的部分处形成的。阳极电极32被连接到阳极布线51。阴极电极40（即n侧电极）经由导线41被连接到阴极驱动电路4。
<红色薄膜LED的配置>
图5B是示出红色薄膜LED 3r的示意性剖视图。如图5B所示，红色薄膜LED 3r具有层压结构，并包括半导体薄膜33r、发光层31r和阳极电极32r。阳极电极32r由GaAs所组成的P+接触层形成。发光层31r由三个层形成：由p-A1xGa1-xAs组成的P型包覆层31_1r、由n-AlyGa1-yAs组成的有源层31_2r以及由n-AlzGa1-zAs组成的N型包覆层31_3r。半导体薄膜33r由两个层组成：由GaAs组成的N+接触层33_1r和由GaAs组成的N+结合层33_2r。红色薄膜LED 3r形成在导电层M上。该导电层M形成在第一绝缘层13上。此外，发光层31r还可以包括在N型包覆层31_3r下面的蚀刻终止层31_4r。
红色薄膜LED 3r被配置为使得发光层31r在最下半导体薄膜33r上形成，并且阳极电极32r在发光层31r上形成。半导体薄膜33r被配置为使得N+接触层33_1r在最下N+结合层33_2r上形成。发光层31被配置为使得蚀刻终止层31_4r在N+接触层33_1r上形成，N型包覆层31_3r在蚀刻终止层31_4r上形成，有源层31_2r在N型包覆层31_3r上形成，并且P型包覆层31_1r在有源层31_2r上形成。阳极电极32r是在P型包覆层31_1r上形成的。阴极电极40r是在半导体薄膜33r的N+接触层33_1r上形成的。
蚀刻终止层31_4r具有当在半导体发光元件的形成过程期间通过蚀刻去除蚀刻终止层31_4r之上的层时使N+接触层33_1r的表面暴露的功能。此外，蚀刻终止层31_4r具有当在薄膜LED 3的形成过程期间通过蚀刻来去除蚀刻终止层31_4r上的层时停止蚀刻或降低蚀刻速度的功能。
如图2A所示，发光层31被设置为使得发光层31的背面（即下侧）面对发光器件1的衬底21。发光层31从两侧（即两个表面）发射光。从发光层31的背面（即下侧）发射的光被金属层11反射，并且被通过发光层31的表面侧（即上侧）发射。因此，从发光层31的表面侧发射的光和从发光层31的背侧发射的光两者都能够通过半导体发光部分10的表面侧被发射（作为发射光30）。
<优点>
如上所述，根据本发明的第一实施例，由于如图3所示在第一绝缘层13与第一金属层11a（Al）之间提供第二绝缘层12，所以能够使第一绝缘层13的表面平面化。因此，能够将薄膜LED 3接合到第一绝缘层13的表面。结果，能够以低成本来制造紧凑的半导体发光器件1。
此外，由于第一绝缘层13由有机绝缘膜组成且第二绝缘层12由无机绝缘膜组成，所以能够在不形成空隙的情况下在金属层11上形成绝缘层，并且确保了能够使第一绝缘层13的表面平面化。
此外，由于在第一金属层11a与衬底21之间提供了第二金属层11b（Ti），所以能够防止第一金属层11a的Al的扩散。在这方面，第二金属层11b可以由除Ti之外的材料组成。可以使用具有比Al高的熔点且透射光的其它材料。
第二实施例
图6是根据本发明的第二实施例的发光器件1A的剖视图。图6对应于沿图1所示的线2B-2B截取的剖视图。
不同于第一实施例的发光器件1，第二实施例的发光器件1A不使用导线接合。作为提供导线41的替代，阴极驱动电路4的阴极连接焊盘42被连接到金属层11，并且提供了用于将金属层11与薄膜LED 3的阴极电极40A连接的内部导电部分14。第二实施例的发光器件1A的其它组件与第一实施例的发光器件1的那些相同，并且将省略其解释。
内部导电部分14是在穿透在金属层11上形成的第二绝缘层12和第一绝缘层13的通孔中形成的。在LED外延膜300A被接合到第一绝缘层13之后执行内部导电层14的形成。内部导电部分14将金属层11与薄膜LED 3A（即LED外延膜300A）的阴极电极40A相连。LED外延膜300A被接合到导电层M。该导电层M形成在第一绝缘层13上。
根据第二实施例的发光器件1A，金属层11充当反射光的反射层，并且还充当在阴极侧的电流路径。也就是说，金属层11能够取代导线41。此外，在发光层31处产生的热经由内部导电部分14被释放到金属层11。因此，除第一实施例的发光器件1的优点之外，能够增强热可释放性。此外，由于不执行导线接合，所以能够增强发光部分10周围的布线效率。
第三实施例
图7是根据本发明的第三实施例的发光器件1B的剖视图。图7对应于沿图1所示的线2B-2B截取的剖视图。
不同于第二实施例的发光器件1A，第三实施例的发光器件1B被配置为使得在半导体薄膜33下面的区域（即N侧区域）处提供阴极电极40B（即n侧电极）。阴极电极40B被提供为公共地用于在LED外延膜300B上形成的薄膜LED 3，如在第一和第二实施例中。此外，发光器件1B具有将金属层11与阴极电极40B相连的穿透导电部分15。第三实施例的发光器件1B的其它组件与第二实施例的发光器件1A的那些相同，并且将省略其解释。
穿透导电部分15是在穿透第一绝缘层13和第二绝缘层12而到达金属层11的表面的通孔中形成的。通孔是通过蚀刻第一绝缘层13和第二绝缘层12形成的。穿透导电部分15充当将金属层11与阴极电极40B相连的电流路径。LED外延膜300B被接合到导电层M。该导电层M形成在第一绝缘层13上。
根据第三实施例的发光器件1B，在半导体薄膜33（即n侧区域）下面形成阴极电极40B（即n侧电极）和穿透导电部分15。因此，除第二实施例的发光器件1A的优点之外，能够进一步增强发光部分10周围的布线效率。
头部安装显示设备
上述实施例的发光器件1、1A和1B能够应用于头部安装显示设备。
图8是示出采用根据第一实施例的发光器件1的头部安装显示设备100的示意性剖视图。如在第一实施例中所述，发光器件1包括具有薄膜LED 3（图1）的发光部分10。头部安装显示设备100包括光源61（即发光器件1）、聚光器透镜62和棱镜63。光源61、聚光器透镜62和棱镜63的一部分被容纳在外壳60中。
光源61是由发光器件1实现的。由薄膜LED 3（即红色薄膜LED 3r、蓝色薄膜LED 3b和绿色薄膜LED 3g）发射的发射光30作为图像光L1入射在聚光器透镜62上。在这方面，提供用于减小由薄膜LED 3发射的光朝向聚光器透镜62的射束角的微型透镜阵列是优选的。
聚光器透镜62是由使来自光源61的图像光L1（即发射光30）会聚的圆柱透镜实现的。由棱镜63发射的图像光L1形成在焦点P处看的虚像。焦点P是光被聚焦的点。
棱镜63充当将图像光L1和外部光L2引导至焦点P的观察光学系统。棱镜63包括上棱镜631、下棱镜632和全息图633。
上棱镜631是由透明部件实现的。上棱镜631在内表面处完全反射来自聚光器透镜62的光L1（即发射光30）以从而将光L1引导至全息图633，并透射外部光L2。上棱镜631和下棱镜632由例如平行平板形式的诸如PMMA（聚甲基丙烯酸甲酯）的丙烯酸树脂形成。平板的底端具有类似楔形形状，并且平板的顶端被制造为更厚。此外，上棱镜631和下棱镜632被使用粘合剂相互接合，从而将全息图633夹在其之间。
上棱镜631具有作为图像光L1入射在其上面的入射表面的上端表面631a。上棱镜631还在前和后表面（即图8中的左和右表面）处具有表面631b和631c，其相互平行。表面631b组成反射图像光L1的总反射表面，并且还组成通过其发射图像光L1的发射表面。表面631b还组成通过其发射外部光L2的发射表面。
下棱镜632是由透射外部光L2的透明光学部件实现的。下棱镜632被结合到上棱镜631的下端。下棱镜632和上棱镜631被以基本上平行的平板形式相互集成。下棱镜632具有相互平行的两个表面632b和632c（前和后表面）。表面632c组成外部光L2入射在其上面的入射表面。表面631b和表面632b被平滑地相互连接，并且表面631c和表面632c被平滑地相互连接。
上棱镜631和下棱镜632被以基本上平行的平板形式相互结合，因此，透射外部光L2的透明衬底的一部分（即上棱镜631和下棱镜632的厚度（t）是恒定的。此外，由于上棱镜631和下棱镜632整体地形成基本上平行的平板，所以在通过上棱镜631的楔形下端时引起的外部光L2的反射能够被下棱镜632抵消。因此，可以防止以看穿的方式观察到的外部图像的失真。
全息图633还充当半透明反射镜，其反射从上棱镜631侧入射的图像光L1，并通过表面631b发射图像光L1。此外，全息图633透射从下棱镜632侧入射的外部光L2，并通过表面631b来发射外部光L2。全息图632优选地是薄膜类型的。
在图8中，由光源61发射的（红色、绿色和蓝色的）图像光L1被聚光器透镜62会聚，入射在棱镜63的上棱镜631的表面631a上，在表面631b和631c（相互面对）处被全反射，在每个表面处至少一次，并入射在全息图633上。入射在全息图633上的图像光L1被全息图633反射，并在焦点P处聚焦。观察者能够在棱镜63的与焦点P相对的一侧（即图8中的左侧）观察到在焦点P处形成的虚像。
在以上描述中，已将头部安装显示器100描述为采用第一实施例的发光器件1。然而，头部安装显示器100还能够采用第二实施例的发光器件1A和第三实施例的发光器件1B。
虽然已详细地举例说明了本发明的优选实施例，但应理解的是在不脱离如在以下权利要求中描述的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行修改和改进。

Claims (15)

1.一种半导体发光器件（1、1A、1B），包括：
衬底（21）；
集成电路（22），其形成在所述衬底（21）上；
基底绝缘层（23），其形成在所述集成电路（22）上；
第二金属层（11b），其形成在所述基底绝缘层（23）上并且由铝组成；
第一金属层（11a），其直接形成在所述第二金属层（11b）上并且由钛组成；
第二绝缘层（12），其形成在所述第一金属层（11a）上；
第一绝缘层（13），其形成在所述第二绝缘层（12）上并且具有接合表面；以及
薄膜半导体发光元件（3、3A、3B），其被接合到所述第一绝缘层（13）的所述接合表面。
2.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述第一绝缘层（13）由有机绝缘膜组成，并且所述第二绝缘层（12）由无机绝缘膜组成。
3.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述第二绝缘层（12）比所述第一绝缘层（13）薄。
4.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述第一绝缘层（13）和所述第二绝缘层（12）两者都透射光。
5.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）被借助于氢键接合而接合到所述第一绝缘层（13）。
6.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述第一绝缘层（13）的所述表面具有小于或等于20nm的表面粗糙度。
7.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述第一绝缘层（13）和所述第二绝缘层（12）的厚度的和在从1.5μm至1.7μm范围内。
8.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1A、1B），还包括导电部分（14、15），其穿透所述第一绝缘层（13）和所述第二绝缘层（12），从而将所述半导体发光元件（3A、3B）和所述第一金属层（11a）相连。
9.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）被直接接合到所述第一绝缘层（13）。
10.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中，在所述第一绝缘层（13）上形成了导电层（M），以及
其中，所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）被接合到所述导电层（M）。
11.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中所述第二金属层（11b）具有比所述第一金属层（11a）高的熔点。
12.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中所述第一金属层（11a）和所述第二金属层（11b）的厚度的和小于1μm。
13.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中所述第二绝缘层（12）具有比110nm薄或者等于110nm的厚度。
14.根据权利要求1所述的半导体发光器件（1、1A、1B），其中发射三种颜色的波长的光的多个所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）被以如下这样的方式布置成行和列：发射相同波长的光的所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）被布置在同一行中；
其中为布置在同一行上的所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）提供公共阴极电极（40r、40g、40b）；以及
其中为布置在同一列上的所述薄膜半导体发光元件（3、3A、3B）提供公共阳极电极（52）。
15.一种包括根据权利要求1至14中的任一项的所述半导体发光器件（1、1A、1B）的头部安装显示设备（100）。
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